第七章 第35讲 化学平衡常数及转化率的计算PPT课件(2022版 步步高 大一轮 化学复习 人教版全国Ⅲ(桂贵云川藏)).pptx
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- 2022版 步步高 大一轮 化学复习 人教版全国桂贵云川藏 第七章 第35讲化学平衡常数及转化率的计算 PPT课件【2022版 步步高 大一轮 化学复习 人教版全国桂贵云川藏】 第七 35 下载 _一轮复习_高考专区_化学_高中
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1、大一轮复习讲义 化学平衡常数及转化率的计算 第七章第35讲 1.了解化学平衡常数(K)的含义。 2.能利用化学平衡常数进行相关计算。 3.能正确计算化学反应的转化率()。 考点一化学平衡常数的概念及应用 真题演练明确考向 课时精练巩固提高 考点二“三段式”突破平衡常数、转化率的相关计算 考点三速率常数与化学平衡常数的关系 专项提能特训13多平衡体系的综合分析 考点一化学平衡常数的概念及应用 知识梳理夯基础 1.概念 在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物_ 与反应物_的比值是一个常数,用符号_表示。 2.表达式 对于一般的可逆反应mA(g)nB(g) pC(g)qD(g),当在一定
2、温度下 达到平衡时,K (固体和纯液体的浓度视为常数,通常不计 入化学平衡常数表达式中)。 浓度幂之积 浓度幂之积K 3.意义及影响因素 (1)K值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度越大。 (2)K只受 影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。 (3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。 温度 4.应用 (1)判断可逆反应进行的程度。 (2)判断反应是否达到平衡或向何方向进行。 对于化学反应aA(g)bB(g) cC(g)dD(g)的任意状态,浓度商:Q _。 QK,反应向_反应方向进行; QK,反应处于_状态; QK,反应向_反应方向进行。 正 平衡 逆 (3)判断可逆反应的热效应
3、 错误的写明原因错误的写明原因易错易混辨析 (1)平衡常数表达式中,可以是物质的任一浓度( ) 错因:_。 (2)增大反应物的浓度,平衡正向移动,化学平衡常数增大( ) 错因:_。 (3)对某一可逆反应,升高温度则化学平衡常数一定变大( ) 错因:_ _。 平衡常数表达式中,必须是各物质的平衡浓度 平衡常数只与温度有关 升温,对于吸热反应,平衡常数增大,对于放热反应,平衡常数 减小 (4)一个可逆反应的正反应K正与逆反应K逆相等( ) 错因:_。 (5)平衡常数发生变化,化学平衡不一定发生移动( ) 错因:_。 它们互为倒数关系 平衡常数发生改变,温度一定改变,所以化学平衡一定发生移动 深度思
4、考 1.书写下列化学反应的平衡常数表达式。 (1)Cl2H2O HClHClO (2)C(s)H2O(g) CO(g)H2(g) (3)CH3COOHC2H5OH CH3COOC2H5H2O (5)CaCO3(s) CaO(s)CO2(g) 答案Kc(CO2) 2.一定温度下,分析下列三个反应的平衡常数的关系 N2(g)3H2(g) 2NH3(g)K1 2NH3(g) N2(g)3H2(g)K3 (1)K1和K2,K1_。 (2)K1和K3,K1_。 3.在一定温度下,已知以下三个反应的平衡常数: 反应:CO(g)CuO(s) CO2(g)Cu(s)K1 反应:H2(g)CuO(s) Cu(s
5、)H2O(g)K2 反应:CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)K3 K3与K1、K2的关系是K3_。 递进题组练能力 题组一平衡常数及影响因素题组一平衡常数及影响因素 1.对于反应C(s)H2O(g) CO(g)H2(g)H0,下列有关说法正确的是 A.平衡常数表达式为K B.恒温条件下压缩容器的体积,平衡不移动,平衡常数K不发生变化 C.升高体系温度,平衡常数K减小 D.恒温恒压条件下,通入氦气,平衡正向移动,平衡常数K不发生变化 解析固态物质浓度为“常数”,视为“1”,不需写入平衡常数表达 式,A项错误; 增大压强,平衡逆向移动,B项错误; 升温,该反应正向进行,K增大,C项错误
6、; 恒压条件下,通入氦气,平衡向气体体积增大的方向移动,即平衡正向 移动,K只与温度有关,温度不变,K不发生变化,D项正确。 2.(2020西安市铁一中学质检)O3是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、 方便、经济等优点。O3可溶于水,在水中易分解,产生的O为游离氧 原子,有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下: 反应O3 O2OH0平衡常数为K1; 反应OO3 2O2H0平衡常数为K2; 总反应:2O3 3O2H0平衡常数为K。 下列叙述正确的是 A.降低温度,总反应K减小B.KK1K2 C.适当升温,可提高消毒效率D.压强增大,K2减小 解析降温,总反应平衡向右移动,K增大,A项错误
7、; 升高温度,反应平衡向右移动,c(O)增大,可提高消毒效率,C项 正确; 平衡常数只与温度有关,D项错误。 题组二平衡常数的应用题组二平衡常数的应用 3.(2019宁夏高三调研)在恒容密闭容器中,由CO合成甲醇:CO(g) 2H2(g) CH3OH(g),在其他条件不变的情况下研究温度对反应的影响, 实验结果如图所示,下列说法正确的是 A.平衡常数K B.该反应在T1时的平衡常数比T2时的小 C.CO合成甲醇的反应为吸热反应 D.处于A点的反应体系从T1变到T2,达 解析A项,因该反应中氢气前的系数为2,则该反应的平衡常数的表达 式为K ,错误; B项,由图像可知,反应从T2到T1时,甲 醇
8、的物质的量增大,根据平衡常数的计算 式可知T1时的平衡常数比T2时的大,错误; C项,由图像可知在T2温度下反应先达到平衡,反应速率较T1快,则有T2 T1,从图像的纵坐标分析可得温度降低,平衡向正反应方向移动,则 正反应为放热反应,错误; D项,处于A点的反应体系从T1变到T2的过程中,平衡向逆反应方向移动, 则c(H2)增大,而c(CH3OH)减小,达到平衡时 应该增大,正确。 4.在体积为1 L的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)H2(g) CO(g)H2O(g),化学平衡常数K与温度T的关系如下表: 回答下列问题: (1)升高温度,化学平衡向_(填“正反应”或“逆反应”)方向移
9、动。 解析由表格数据可知,随着温度升高,平衡常数增大,说明升高温度 化学平衡向正反应方向移动。 T/7008008501 0001 200 K0.60.91.01.72.6 正反应 (2)若某温度下,平衡浓度符合下列关系:c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O), 此时的温度为_;在此温度下,若该容器中含有1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol H2O,则此时反应所处的状态为_ _(填“向正反应方向进行中”“向逆反应方向进行中”或“平衡 状态”)。 解析c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O),则计算出K1.0,即此时温度为 850 ,此温度下
10、 ”或“”)0。 解析根据K3K1K2,500 、800 时,反应的平衡常数分别为2.5、 0.375;升温,K减小,平衡左移,正反应为放热反应,所以H0。 (3)500 时测得反应在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓 度(molL1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15,则此时v正_(填“”“” 或“”)v逆。 解析500 时,K32.5 故反应正向进行,v正v逆。 返回 考点二“三段式”突破平衡常数、转化率的相关计算 知识梳理夯基础 1.三段式计算 “三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时, 要注意准确地列出起始量、变化量、平衡量,按题目
11、要求进行计算, 同时还要注意单位的统一。 (1)分析三个量:即起始量、变化量、平衡量。 (2)明确三个关系 对于同一反应物,起始量变化量平衡量。 对于同一生成物,起始量变化量平衡量。 各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。 (3)计算模式 对以下反应:mA(g)nB(g) pC(g)qD(g),令A、B起始物质的量 (mol)分别为a、b,达到平衡后,A的消耗量为mx mol,容器容积为V L。 mA(g)nB(g) pC(g)qD(g) 起始/mol a b 0 0 变化/mol mx nx px qx 平衡/mol amx bnx px qx 生成物的产率:实际产量(指生成物)占理论产
12、量的百分数。一般来讲, 转化率越大,原料利用率越高,产率越大。 2.Kp计算 (1)Kp含义:在化学平衡体系中,用各气体物质的分压替代浓度计算的平 衡常数叫压强平衡常数。 (2)计算技巧:第一步,根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质 的量或物质的量浓度;第二步,计算各气体组分的物质的量分数或体积 分数;第三步,根据分压计算公式求出各气体物质的分压,某气体的分 压气体总压强该气体的体积分数(或物质的量分数);第四步,根据 平衡常数计算公式代入计算。例如,N2(g)3H2(g) 2NH3(g),压强平 衡常数表达式为Kp 。 深度思考 已知在密闭容器中发生可逆反应:M(g)N(g) P(g)
13、Q(g)H0。某 温度下,反应物的起始浓度分别为c(M)1 molL1,c(N)2.4 molL1。 思考并解答下列问题: (1)若达到平衡后,M的转化率为60%,列出“三段式”,计算此时N的 平衡浓度是多少? 答案 M(g)N(g) P(g) Q(g) 初始/molL1 1 2.4 0 0 转化/molL1 160% 160% 160% 160% 平衡/molL1 0.4 1.8 0.6 0.6 由三段式得N的平衡浓度为1.8 molL1。 (2)若反应温度升高,该反应的平衡常数、M的转化率如何变化? _ _。 由于该反应正向为吸热反应,温度升高,平衡右移,K值增大,M的转 化率增大 (3)
14、若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为:c(M)4 molL1,c(N) a molL1;达到平衡后,c(P)2 molL1,则M的转化率为_, N的起始浓度为_。 50% 6 molL1 解析 M(g) N(g) P(g)Q(g) 初始浓度/molL1 4 a 0 0 转化浓度/molL12 2 2 2 平衡浓度/molL1 42 a2 2 2 解得a6 即反应物N的起始浓度为6 molL1。 递进题组练能力 题组一化学平衡常数与转化率相结合计算题组一化学平衡常数与转化率相结合计算 1.羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂,能防止某些昆虫、线虫和真菌的 危害。在恒容密闭容器中,将CO和H2S
15、混合加热并达到下列平衡: CO(g)H2S(g) COS(g)H2(g)K0.1 反应前CO的物质的量为10 mol,平衡后CO的物质的量为8 mol。下列说 法正确的是 A.升高温度,H2S浓度增大,表明该反应是吸热反应 B.通入CO后,正反应速率逐渐增大 C.反应前H2S物质的量为7 mol D.CO的平衡转化率为80% 解析A项,升高温度,H2S浓度增大,说明平衡向逆反应方向移动,逆 反应吸热,正反应放热,错误; B项,通入CO气体瞬间正反应速率增大,达到最大值,向正反应方向建 立新的平衡,正反应速率逐渐减小,错误; C项,设反应前H2S的物质的量为n mol,容器的容积为V L,则 C
16、O(g)H2S(g) COS(g)H2(g)K0.1 n(始)/mol 10 n 0 0 n(转)/mol 2 2 2 2 n(平)/mol 8 n2 2 2 D项,根据上述计算可知CO的转化率为20%,错误。 2.(2019湖北黄冈调研)已知反应:CH2=CHCH3(g)Cl2(g) CH2=CHCH2Cl(g)HCl(g)。在一定压强下,按w 向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表 示平衡时,丙烯的体积分数()与温度(T)、w的关系,图 乙表示正、逆反应的平衡常数与温度的关系。则下列说 法中错误的是 A.图甲中w21 B.图乙中,A线表示逆反应的平衡常数 C.温度为T1、w2时,Cl2的转化率
17、为50% D.若在恒容绝热装置中进行上述反应,达到平衡时,装置内的气体压强增大 解析根据题中信息可知,增大n(Cl2),w增大,平衡正 向移动,丙烯的体积分数()减小,故w21,A项正确; 根据图甲可知,升高温度,丙烯的体积分数增大,说明 平衡逆向移动,逆反应为吸热反应,正反应为放热反应, 则升高温度,正反应的平衡常数减小,逆反应的平衡常 数增大,图乙中A线表示逆反应的平衡常数,B项正确; 由图乙知,温度为T1时,正、逆反应的平衡常数相等, 又因两者互为倒数,则平衡常数K1,当w2时,设 CH2=CHCH3和Cl2的物质的量分别为a mol、2a mol,参加反应的Cl2的 物质的量为b mo
18、l,利用三段式可列关系式 该反应为反应前后气体体积不变的放热反应,反应向正反应方向进行, 体系温度升高,气体膨胀,达到平衡时,装置内的气体压强将增大,D 项正确。 题组二连续反应、竞争反应平衡常数的计算题组二连续反应、竞争反应平衡常数的计算 3.加热N2O5依次发生的分解反应为N2O5(g) N2O3(g)O2(g),N2O3(g) N2O(g)O2(g)。在容积为2 L的密闭容器中充入8 mol N2O5,加热到t , 达到平衡状态后O2为9 mol,N2O3为3.4 mol。则t 时反应的平衡常数 为 A.10.7 B.8.5C.9.6 D.10.2 解析设N2O5的转化浓度为x molL
19、1,N2O3的转化浓度为y molL1。 N2O5(g) N2O3(g)O2(g) 开始/molL1 4 0 0 转化/molL1 x x x 平衡/molL1 4x x x N2O3(g) N2O(g)O2(g) 开始/molL1 x 0 x 转化/molL1 y y y 平衡/molL1 xy y xy 所以x3.1 y1.4 所以反应的平衡常数为 4.CO2经催化加氢可以生成低碳烃,主要有以下两个竞争反应: 反应:CO2(g)4H2(g) CH4(g)2H2O(g) 反应:2CO2(g)6H2(g) C2H4(g)4H2O(g) 为分析催化剂对反应的选择性,在1 L密闭容器 中充入2 m
20、ol CO2和4 mol H2,测得有关物质的 物质的量随温度变化如图所示: 该催化剂在较低温度时主要选择_(填“反应”或“反应”)。 520 时,反应的平衡常数K_(只列算式不计算)。 反应 解析温度较低时,CH4的物质的量多,所以该催化剂在较低温度时主 要选择反应。 CO2(g)4H2(g) CH4(g)2H2O(g) 转化(molL1) 0.2 0.8 0.2 0.4 2CO2(g)6H2(g) C2H4(g)4H2O(g) 转化(molL1) 0.4 1.2 0.2 0.8 c(CO2)(20.20.4)molL11.4 molL1 c(H2)(40.81.2)molL12 molL1
21、 c(H2O)(0.40.8)molL11.2 molL1 题组三分压常数的计算题组三分压常数的计算 5.在恒容密闭容器中,加入足量的MoS2和 O2,仅发生反应:2MoS2(s)7O2(g) 2MoO3(s)4SO2(g)H。 测得氧气的平衡转化率与起始压强、温度 的关系如图所示: (1)p1、p2、p3的大小:_。 p1p2p3 解析该反应的正反应是一个反应前后气体体积减小的可逆反应,增大 压强平衡正向移动,氧气转化率增大,所以压强:p1p2p3。 (2)若初始时通入7.0 mol O2,p2为7.0 kPa,则A点平衡常数Kp_ (用气体平衡分压代替气体平衡浓度计算,分压总压气体的物质的
22、量 分数,写出计算式即可)。 6.SO2与Cl2反应可制得磺酰氯(SO2Cl2),反 应为SO2(g)Cl2(g) SO2Cl2(g)。按投料 比11把SO2与Cl2充入一恒压的密闭容器 中发生上述反应,SO2的转化率与温度T的 关系如图所示: 若反应一直保持在p压强条件下进行,则M点的分压平衡常数Kp_ (用含p的表达式表示,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压总压体 积分数)。 解析据图可知M点SO2的转化率为50%,不妨设初始投料为2 mol SO2 和2 mol Cl2,则列三段式有 SO2(g)Cl2(g) SO2Cl2(g) 起始/mol2 20 转化/mol1 11 平衡/mol1
23、11 相同条件下气体压强之比等于物质的量之比, 7.丙烷无氧脱氢法制备丙烯反应如下: C3H8(g) C3H6(g)H2(g)H124 kJmol1 (1)总压分别为100 kPa、10 kPa 时发生该反应, 平衡体系中C3H8和C3H6的物质的量分数随温度 变化关系如图所示:100 kPa时,C3H8和C3H6的 物质的量分数随温度 变化关系的曲线分别是_、_。ad 解析C3H8(g) C3H6(g)H2(g)H124 kJmol1,正反应吸热, 升高温度,平衡正向移动,C3H8(g)的物质的量分数减小,C3H6(g)的物 质的量分数增大;根据化学方程式,该反应为 气体体积增大的反应,增大
24、压强,C3H8的物质 的量分数大于10 kPa 时C3H8的物质的量分数, 因此表示100 kPa时,C3H8的物质的量分数随温 度变化关系的曲线是a;增大压强,平衡逆向移 动,C3H6的物质的量分数减小,因此表示100 kPa时C3H6的物质的量分数 随温度变化关系的曲线是d。 (2)某温度下,在刚性容器中充入C3H8,起始压强为10 kPa,平衡时总压 为13.3 kPa,C3H8的平衡转化率为_。该反应的平衡常数Kp_kPa (保留1位小数)。 33%1.6 解析同温同体积条件下,气体的压强之比等于气体物质的量之比,设 C3H8的平衡转化率为x, C3H8(g) C3H6(g)H2(g)
25、 起始/kPa10 0 0 反应/kPa10 x 10 x 10 x 平衡/kPa 10(1x) 10 x 10 x 则10(1x)10 x10 x13.3, 返回 考点三速率常数与化学平衡常数的关系 知识梳理夯基础 1.假设基元反应(能够一步完成的反应)为aA(g)bB(g)=cC(g)dD(g), 其速率可表示为vkca(A)cb(B),式中的k称为反应速率常数或速率常 数,它表示单位浓度下的化学反应速率,与浓度无关,但受温度、催 化剂、固体表面性质等因素的影响,通常反应速率常数越大,反应进 行得越快。不同反应有不同的速率常数。 2.正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系 对于基元反应aA(
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